Mô Phỏng Động Học và Động Lực Học Thiết Bị Lặn - Luận Văn Thạc Sĩ VNU UET

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn luận văn ths cơ học 60 44 21, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải

• Tác giả: Phạm Văn Bạch Ngọc
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Anh Tuấn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Cơ học vật thể rắn
• Đề tài: Mô Phỏng Động Học và Động Lực Học Thiết Bị Lặn
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2005
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC VIẾT TẮT
• GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ LẶN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ LẶN
• 1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển thiết bị lặn trên thế giới
• 1.2. Cấu tạo và ứng dụng của thiết bị lặn
• 1.2.1. Cấu tạo của thiết bị lặn
• 1.2.2. Ứng dụng của thiết bị lặn
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH NĂNG VÀ CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ LẶN PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI
• 2.1. Thiết bị lặn không có người vận hành
• 2.1.1. Thiết bị lặn có dây dẫn nối với tầu mẹ ROV
• 2.1.2. Thiết bị lặn vận hành tự động AUV
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Động Học và Động Lực Học Thiết Bị Lặn

Mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành cơ học. Nó giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các thiết bị lặn, từ đó tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất. Việc áp dụng các phương pháp mô phỏng hiện đại không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn giảm thiểu chi phí trong quá trình phát triển thiết bị lặn.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Mô Phỏng Động Học

Mô phỏng động học đã có lịch sử phát triển lâu dài, bắt đầu từ những năm 1930. Các nghiên cứu ban đầu chủ yếu tập trung vào việc cải tiến thiết kế và tính năng của thiết bị lặn. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, mô phỏng động học đã trở thành một công cụ không thể thiếu trong nghiên cứu và phát triển thiết bị lặn.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Phỏng Động Lực Học

Mô phỏng động lực học giúp phân tích các lực tác động lên thiết bị lặn trong quá trình hoạt động. Điều này rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu suất của thiết bị. Các nhà nghiên cứu có thể dự đoán được các tình huống khác nhau mà thiết bị có thể gặp phải, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Mô Phỏng Thiết Bị Lặn

Mặc dù mô phỏng động học và động lực học mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình thực hiện. Các vấn đề như độ chính xác của mô hình, khả năng tính toán và thời gian thực hiện là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Chính Xác Của Mô Hình Mô Phỏng

Độ chính xác của mô hình mô phỏng là yếu tố quyết định đến kết quả nghiên cứu. Các mô hình cần phải phản ánh đúng thực tế hoạt động của thiết bị lặn, từ đó đưa ra các dự đoán chính xác về hiệu suất và an toàn.

2.2. Khả Năng Tính Toán và Thời Gian Thực Hiện

Khả năng tính toán của phần mềm mô phỏng cũng là một thách thức lớn. Các mô hình phức tạp có thể yêu cầu thời gian tính toán dài, ảnh hưởng đến tiến độ nghiên cứu. Việc tối ưu hóa thuật toán và sử dụng phần mềm mạnh mẽ là cần thiết để giải quyết vấn đề này.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Động Học Thiết Bị Lặn Hiện Đại

Các phương pháp mô phỏng hiện đại sử dụng công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa quá trình thiết kế và thử nghiệm thiết bị lặn. Việc áp dụng các phần mềm mô phỏng như Alaska giúp các nhà nghiên cứu có thể thực hiện các phân tích động học và động lực học một cách hiệu quả.

3.1. Sử Dụng Phần Mềm Alaska Trong Mô Phỏng

Phần mềm Alaska cho phép mô phỏng động học và động lực học một cách chi tiết. Nó cung cấp các công cụ mạnh mẽ để phân tích các lực tác động lên thiết bị lặn, từ đó giúp tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất hoạt động.

3.2. Phân Tích Tuyến Tính và Phi Tuyến

Phân tích tuyến tính và phi tuyến là hai phương pháp quan trọng trong mô phỏng động học. Mỗi phương pháp có ưu điểm riêng, giúp các nhà nghiên cứu có cái nhìn toàn diện về hành vi của thiết bị lặn trong các điều kiện khác nhau.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Phỏng Động Học Thiết Bị Lặn

Mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn trong ứng dụng thực tiễn. Các thiết bị lặn hiện đại được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu khoa học, giám sát môi trường và an ninh quốc phòng.

4.1. Nghiên Cứu Khoa Học và Khám Phá Biển

Các thiết bị lặn được sử dụng để nghiên cứu và khám phá các vùng biển sâu. Mô phỏng động học giúp tối ưu hóa thiết kế và hiệu suất của thiết bị, từ đó nâng cao hiệu quả nghiên cứu.

4.2. Giám Sát và Bảo Dưỡng Công Trình Dưới Nước

Mô phỏng động lực học giúp các kỹ sư giám sát và bảo trì các công trình dưới nước một cách hiệu quả. Việc sử dụng thiết bị lặn trong giám sát giúp phát hiện sớm các vấn đề và đảm bảo an toàn cho các công trình.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Mô Phỏng Động Học Thiết Bị Lặn

Mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn đang ngày càng trở nên quan trọng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ lặn. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ có nhiều tiến bộ với sự phát triển của công nghệ và phần mềm mô phỏng.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Mới

Công nghệ mới sẽ tiếp tục được áp dụng trong mô phỏng động học, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu suất của thiết bị lặn. Các nhà nghiên cứu cần theo dõi các xu hướng mới để áp dụng kịp thời.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Liên Ngành

Nghiên cứu liên ngành giữa cơ học, công nghệ thông tin và khoa học môi trường sẽ tạo ra những bước đột phá trong mô phỏng động học thiết bị lặn. Sự hợp tác này sẽ giúp phát triển các giải pháp tối ưu cho các thách thức hiện tại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trái đất có khoảng 70% diện tích bề mặt là môi trường nước, trong đó đại dương chiếm phần lớn. Tuy nhiên, so với đất liền đã được khai thác và nghiên cứu kỹ lưỡng, phần lớn môi trường nước, đặc biệt là đáy biển, vẫn còn là vùng chưa được khám phá đầy đủ. Việt Nam với bờ biển dài hơn 3.000 km cùng nhiều sông hồ, đầm lầy sở hữu nguồn tài nguyên sinh vật và khoáng sản phong phú, đòi hỏi sự nghiên cứu sâu rộng nhằm bảo vệ và khai thác bền vững. Việc sử dụng thợ lặn truyền thống để khảo sát môi trường nước sâu gặp nhiều hạn chế về độ sâu, thời gian làm việc và nguy cơ an toàn. Do đó, thiết bị lặn tự động và điều khiển từ xa (UV) trở thành công cụ thiết yếu trong nghiên cứu và giám sát môi trường nước.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn có dây dẫn (ROV) sử dụng phần mềm mô phỏng cơ học hệ nhiều vật Alaska, nhằm phân tích chuyển động và các lực tác động trong quá trình hoạt động. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết bị lặn ROV có dây dẫn nối với tàu mẹ, phù hợp với khả năng chế tạo và ứng dụng tại Việt Nam. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ thiết bị lặn phục vụ nghiên cứu biển, giám sát công trình ngầm dưới biển như giàn khoan dầu khí, đường ống dẫn dầu, góp phần nâng cao hiệu quả khai thác và bảo vệ môi trường biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên cơ sở lý thuyết cơ học hệ nhiều vật (Multibody System - MBS) để mô phỏng chuyển động và lực tác động lên thiết bị lặn và dây dẫn. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Ma trận quay: Sử dụng ma trận quay để mô tả chuyển động quay của thiết bị lặn trong không gian ba chiều, xác định vị trí và hướng quay của các thành phần thiết bị. Ma trận quay được xây dựng dựa trên góc quay và véc tơ đơn vị trục quay, cho phép mô hình hóa chính xác chuyển động quay phi tuyến của thiết bị.

• Phương trình chuyển động phi tuyến của hệ nhiều vật: Mô tả chuyển động tịnh tiến và quay của các phần tử trong hệ thống, bao gồm các lực và mô men tác dụng như lực đẩy Acsimet, lực do dòng chảy, lực cản môi trường, lực từ động cơ đẩy. Phương trình này được giải bằng phần mềm Alaska, cho phép phân tích cả chuyển động tuyến tính và phi tuyến.

Các khái niệm chính bao gồm: bậc tự do (DOF) của thiết bị lặn (6 DOF: 3 tịnh tiến và 3 quay), lực và mô men tác dụng lên dây dẫn và thiết bị, hệ số lực cản dòng chảy, lực đẩy Acsimet, và các tham số vật lý của dây dẫn như chiều dài, đường kính, khối lượng riêng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các thông số kỹ thuật của thiết bị lặn ROV, dây dẫn và môi trường nước biển được thu thập từ tài liệu chuyên ngành và các nghiên cứu trước đây. Cỡ mẫu mô phỏng gồm 50 phần tử dây dẫn, mỗi phần tử dài 1 m, với các thông số vật lý như khối lượng riêng dây dẫn 1000 kg/m³, khối lượng riêng nước biển 1025 kg/m³, vận tốc dòng chảy 2 m/s.

Phương pháp phân tích sử dụng phần mềm Alaska để mô phỏng động học và động lực học hệ nhiều vật, bao gồm:

• Thiết lập mô hình dây dẫn chia thành các phần tử vật rắn liên kết bằng khớp lò xo giảm chấn.
• Mô phỏng các lực tác động lên dây dẫn và thiết bị lặn như lực do dòng chảy, lực đẩy Acsimet, lực cản môi trường.
• Phân tích chuyển động tịnh tiến và quay của thiết bị lặn với 6 bậc tự do.
• Thực hiện phân tích tuyến tính và phi tuyến để xác định tần số dao động riêng, dao động của dây dẫn và thiết bị.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian thực hiện luận văn năm 2005, với các bước từ thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng đến phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tần số dao động riêng của dây dẫn: Mô phỏng cho thấy dây dẫn có các tần số dao động riêng trong khoảng 0.1 đến 1.14 Hz, với dao động riêng thứ nhất khoảng 0.9 Hz và dao động thứ 9 khoảng 1.14 Hz. Điều này cho thấy dây dẫn có khả năng chịu được các dao động trong môi trường nước với tần số thấp, phù hợp với điều kiện hoạt động thực tế.

2. Chuyển động dao động của dây dẫn: Điểm giữa và điểm cuối của dây dẫn dao động theo các phương OX và OY với biên độ và tần số khác nhau, phản ánh ảnh hưởng của ngoại lực dòng chảy và lực đẩy Acsimet. Ví dụ, dao động điểm giữa theo phương OY có biên độ lớn hơn so với phương OX, cho thấy lực tác động theo phương ngang là chủ yếu.

3. Ảnh hưởng của lực đẩy Acsimet và lực dòng chảy: Lực đẩy Acsimet tác dụng lên dây dẫn được tính khoảng 87 N cho một phần tử dây dẫn, giúp dây dẫn nổi lên và ổn định trong môi trường nước. Lực kéo do dòng chảy với vận tốc 2 m/s tạo ra lực cản đáng kể, ảnh hưởng đến chuyển động của dây dẫn và thiết bị lặn.

4. Chuyển động thiết bị lặn với 6 bậc tự do: Mô hình cho thấy thiết bị lặn có thể thực hiện các chuyển động tịnh tiến và quay theo các trục X, Y, Z với lực đẩy từ động cơ và lực cản môi trường được cân bằng. Ví dụ, lực đẩy chính (F1) giúp thiết bị lặn di chuyển về phía trước, trong khi lực nâng (F2, F3) giúp thiết bị nổi lên.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về động học thiết bị lặn và dây dẫn, đồng thời cung cấp số liệu cụ thể về tần số dao động và lực tác động trong điều kiện vận hành thực tế. Việc sử dụng phần mềm Alaska cho phép mô phỏng chi tiết các chuyển động phi tuyến và tương tác lực phức tạp giữa dây dẫn và môi trường nước.

Các biểu đồ dao động của điểm giữa và điểm cuối dây dẫn theo các phương OX, OY minh họa rõ ràng sự ảnh hưởng của dòng chảy và lực đẩy Acsimet, giúp người vận hành dự đoán và điều chỉnh hoạt động thiết bị lặn hiệu quả hơn. So với các thiết bị lặn không dây (AUV), ROV có ưu điểm về khả năng cung cấp năng lượng và truyền tín hiệu ổn định qua dây dẫn, phù hợp với các nhiệm vụ giám sát và bảo dưỡng công trình biển.

Tuy nhiên, hạn chế của mô hình là giả thiết vận tốc dòng chảy ổn định và bỏ qua tác động sóng, điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác trong môi trường biển thực tế. Do đó, nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng mô hình để bao gồm các yếu tố môi trường phức tạp hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống điều khiển tự động nâng cao: Tăng cường tích hợp các thuật toán điều khiển thông minh cho thiết bị lặn ROV nhằm giảm thiểu sự phụ thuộc vào người vận hành, nâng cao độ chính xác và an toàn trong quá trình hoạt động. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do Viện Cơ học phối hợp với các đơn vị công nghệ.

2. Cải tiến thiết kế dây dẫn: Nghiên cứu và ứng dụng vật liệu dây dẫn có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt hơn để giảm lực cản và tăng tuổi thọ thiết bị. Mục tiêu giảm trọng lượng dây dẫn ít nhất 15% trong vòng 3 năm, do các nhà sản xuất vật liệu và viện nghiên cứu thực hiện.

3. Mở rộng mô hình mô phỏng môi trường biển thực tế: Bao gồm các yếu tố như sóng, dòng chảy biến đổi, nhiệt độ và áp suất để nâng cao độ chính xác của mô phỏng động lực học thiết bị lặn. Thời gian nghiên cứu 2 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và các trường đại học.

4. Ứng dụng công nghệ cảm biến hiện đại: Trang bị thêm các cảm biến siêu âm, laser và camera độ phân giải cao để tăng khả năng quan sát, đo đạc và thu thập dữ liệu dưới nước, phục vụ nghiên cứu khoa học và giám sát công trình biển. Thời gian triển khai 1-2 năm, do các công ty công nghệ và viện nghiên cứu phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành cơ học vật thể rắn, cơ điện tử: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô phỏng động học và động lực học hệ nhiều vật, ứng dụng trong thiết bị lặn, giúp nâng cao hiểu biết và phát triển nghiên cứu.

2. Các kỹ sư thiết kế và phát triển thiết bị lặn, robot dưới nước: Thông tin chi tiết về cấu tạo, lực tác động và mô phỏng chuyển động hỗ trợ trong việc thiết kế, tối ưu hóa và vận hành thiết bị lặn hiệu quả.

3. Các đơn vị khai thác và bảo trì công trình biển như giàn khoan dầu khí, đường ống ngầm: Nghiên cứu giúp hiểu rõ đặc tính vận hành của thiết bị lặn ROV, từ đó áp dụng trong giám sát, bảo dưỡng và xử lý sự cố dưới nước.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách về khai thác tài nguyên biển và bảo vệ môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá hiệu quả công nghệ thiết bị lặn trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường biển, hỗ trợ xây dựng chính sách phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Thiết bị lặn ROV có ưu điểm gì so với AUV?
   ROV được kết nối với tàu mẹ bằng dây dẫn, cho phép truyền năng lượng và tín hiệu điều khiển liên tục, giúp vận hành ổn định và chính xác hơn. Trong khi đó, AUV hoạt động tự động, không dây nhưng bị giới hạn bởi nguồn năng lượng mang theo và khó điều khiển thời gian thực.

2. Phần mềm Alaska mô phỏng những gì trong nghiên cứu này?
   Alaska mô phỏng động học và động lực học hệ nhiều vật, bao gồm chuyển động tịnh tiến, quay, lực tác động lên dây dẫn và thiết bị lặn, phân tích dao động và tần số riêng, giúp dự đoán hiệu suất và độ bền của hệ thống.

3. Lực đẩy Acsimet ảnh hưởng như thế nào đến dây dẫn?
   Lực đẩy Acsimet giúp dây dẫn nổi lên trong môi trường nước, cân bằng với trọng lượng và lực dòng chảy, từ đó ổn định vị trí và chuyển động của dây dẫn, giảm nguy cơ đứt hoặc hư hỏng.

4. Tại sao phải chia dây dẫn thành nhiều phần tử trong mô phỏng?
   Chia dây dẫn thành các phần tử vật rắn liên kết bằng khớp lò xo giảm chấn giúp mô phỏng chính xác chuyển động phức tạp, dao động và ứng xử cơ học của dây dẫn dưới tác động của ngoại lực.

5. Các yếu tố môi trường nào chưa được mô phỏng trong nghiên cứu?
   Nghiên cứu giả định vận tốc dòng chảy ổn định và bỏ qua tác động của sóng biển, nhiệt độ, áp suất biến đổi. Đây là các yếu tố cần được bổ sung trong các nghiên cứu tiếp theo để mô phỏng thực tế hơn.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng động học và động lực học thiết bị lặn ROV có dây dẫn sử dụng phần mềm Alaska, cung cấp số liệu cụ thể về chuyển động và lực tác động.
• Phân tích tần số dao động riêng và dao động của dây dẫn giúp đánh giá độ bền và ổn định của hệ thống trong môi trường nước biển.
• Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế, đồng thời phù hợp với điều kiện và khả năng ứng dụng tại Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp cải tiến thiết bị và mở rộng mô hình mô phỏng nhằm nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong nghiên cứu và ứng dụng thực tế.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển công nghệ thiết bị lặn phục vụ nghiên cứu biển, giám sát công trình biển và bảo vệ môi trường, góp phần phát triển kinh tế biển bền vững.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ phối hợp phát triển các hệ thống điều khiển tự động, cải tiến vật liệu dây dẫn và mở rộng mô hình mô phỏng môi trường biển thực tế để ứng dụng rộng rãi trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ LẶN 1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển thiết bị lặn trên thế giới. Phần lớn các mẫu thiết bị lặn ngày nay đều được thiết kế dựa trên các mẫu thiết bị lặn được thiết kế vào năm 1930 và mô hình tầu ngầm quân sự, nhưng nó không thể hoạt động được tại các độ sâu lớn, đó chính là hạn chế lớn nhất của các thiết bị lặn được chế tạo từ những năm 1930 của thế kỷ trước.

Những mẫu thiết kế đầu tiên cho thiết bị lặn đó là dạng hình cầu, tuy nhiên những mẫu thiết kế này luôn tồn tại sự nguy hiểm, việc điều khiển thiết bị lặn này luôn đặt trong tình trạng nằm ngoài khả năng kiểm soát của con người. Thiết bị lặn loại này được liên lạc với tầu mẹ bằng một hệ thống tời kéo, và các hệ thống đảm bảo an toàn khác như hệ thống dẫn khí, hệ thống cân bằng áp suất… Hình 1.1: Thiết bị lặn dạng hình cầu Thiết bị lặn tự hành được phát triển và cải tiến trong suốt thập niên 1950 đến nay các thiết bị lặn được trang bị hoàn thiện hơn, đó chính là kết LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] quả của việc cải tiến công nghệ và đồng thời đáp lại yêu cầu của các nhà khoa học trong việc nghiên cứu môi trường biển. Để có thể quan sát trực tiếp và đo đạc, giám sát được đáy biển ngày nay thiết bị lặn được trang bị các máy quay camera, các tay robot, các cảm biến, và các thiết bị phụ trợ khác. Ngoài mục đích phục vụ nghiên cứu khoa học ra thiết bị lặn này còn có thể tìm kiếm các thiết bị đã mất, phục vụ trong du lịch và phục vụ trong cứu hộ trên biển.

Năm 1954 một thiết bị lặn tự hành loại này đã được chế tạo và thử nghiệm thành công bởi Auguste Piccard, nó được dùng để thăm dò vùng biển sâu và khắc phụ được các hạn chế của các mẫu thiết bị lặn trước đây. Thiết bị lặn loại này thực tế mà nói nó gần giống như một kinh khí cầu hoạt động dưới nước.2: Thiết bị lặn Trieste II Năm 1960 phiên bản thứ 2 của thiết bị lặn ra đời có tên là Trieste II, nó có thể mang theo 2 người trong quá trình làm việc, có khả năng lặn sâu tới 30,580ft (hay 10,900 m) và lập nên một kỷ lục về khả năng lặn sâu của thiết bị lặn. Một trong những điều gây ấn tượng mạnh nhất đó chính là thiết bị lặn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] có tên Aluminaut, nó được chế tạo bằng hợp kim và có thể hoạt động ở độ sâu 15,000ft (hay 4,570 m) với một thuỷ thủ đoàn gồm 6 người. Sau đó các thiết bị lặn đã được gắn thêm một cánh tay robot, mà Alvin là một thí dụ điển hình, Alvin được chế tạo bởi Woods Hole Oceanographic Institution, nó có khả năng lặn sâu tới 13,000ft (hay 3,960m) với đội thuỷ thủ gồm 3 người, Alvin được trang bị các thiết bị như đối với Aluminaut tuy nhiên nó có gắn thêm một cánh tay robot.

Năm 1974 Alvin và 2 thiết bị lặn khác của Pháp là Archimède và Cyana được sử dụng trong một dự án táo bạo giữa Pháp và Mỹ có tên là FAMOUS (for French-American Mid-Ocean Undersea Study), để nghiên cứu đáy biển. Năm 1987 Alvin mang theo máy quay camera và thu lại được các thông tin từ con tầu Titanic. Tất cả các mẫu thiết bị lặn trước đây đều được vận hành bằng một đội ngũ thủy thủ, nguyên lý hoạt động và cấu tạo của chúng hoàn toàn giống như một mẫu tầu ngầm phục vụ trong quân sự. Chính vì thế mà kích thước của chúng khá lớn cũng như khả năng vận hành không linh hoạt do đó hiệu quả mang lại trong nghiên cứu khoa học của chúng chưa cao.

Cấu tạo và ứng dụng của thiết bị lặn Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ các thiết bị lặn ngày càng hiện đại hơn, tuỳ theo mục đích sử dụng mà chúng được trang bị các thiết bị phù hợp. Các thiết bị lặn ngày nay nhỏ hơn, vận hành tự động, phụ vụ nhiều trong nghiên cứu môi trường nước, đặc biệt trong nghiên cứu biển, nó rất hữu ích trong việc nghiên cứu đáy biển nơi con người không thể trực tiếp nghiên cứu được. Đặc biệt thiết bị lặn ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong giám sát các công trình ngầm dưới biển, các giàn khoan dầu khí, mà đặc biệt chúng được trang bị các thiết bị hiện đại để có thể khác phục được LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] các hư hỏng hoặc đưa ra cảnh báo trong vấn đề an toàn khi vận hành các công trình này.1 Cấu tạo của thiết bị lặn [17] Hình dạng của thiết bị lặn được thiết kế và chế tạo rất đa dạng nó phụ thuộc chủ yếu vào nhiệm vụ mà thiết bị lặn đảm nhiệm. Đối với bất kỳ một thiết bị lặn dạng nào đi chăng nữa nó cũng bao gồm: Nguồn năng lượng để đảm bảo quá trình hoạt động trong mọi điều kiện và môi trường khác nhau và các hệ thống điều khiển và thông tin liên lạc.

Thiết bị liên lạc Thiết bị tự động với tầu mẹ cho tầu vào cảng Điều khiển nhiệm Hệ thống tránh vụ chướng ngại vật Hệ thống lái Hệ thống ổn định vị trí Hệ thống vận hành Hệ thống chuyển từ xa hình ảnh từ 2D - 3D Hiệu chỉnh đường Các sensor truyền đi dữ liệu Bản đồ vận hành và Các sensor dẫn xác định vị trí đường Hình 1.3: Cấu tạo của một thiết bị lặn loại AUV Thiết bị lặn loại AUV liên lạc với trung tâm điều khiển bằng sóng siêu âm đồng thời trong quá trình họat động thì tự cung cấp năng lượng, do vậy thời gian hoạt động của nó phục thuộc vào nguồn năng lượng mang theo. Thiết bị lặn loại ROV trong quá trình hoạt động sẽ được cung cấp năng lượng và liên lạc trực tiếp với trung tâm điều khiển trên tầu mẹ thông qua dây dẫn. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4: Thiết bị lặn loại ROV và trung tâm điều khiển trên mặt nước Cấu tạo cơ bản của một thiết bị lặn loại ROV hoặc AUV bao gồm:  Nguồn cung cấp năng lượng  Các cảm biến: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ sâu,…  Dây dẫn (đối với thiết bị lặn loại ROV)  Bao quanh thiết bị lặn là các nguồn phát sáng: đèn  Các máy quay camera, máy chụp ảnh,  Thiết bị phát hiện các thiết bị lặn khác: thiết bị liên lạc trong môi trường nước.  Thiết bị thí nghiệm, giám sát và thăm dò môi trường nước như: thiết bị đo môi trường, các thiết bị thí nghiệm khác kèm theo… LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail]  Thiết bị liên lạc với tầu mẹ như: dây dẫn hoặc các máy phát và thu sóng siêu âm,…  Thiết bị phục vụ nghiên cứu địa lý, thiết bị liên lạc toàn cầu,….

 Ngoài ra ngày nay một số thiết bị lặn có gắn kèm cánh tay rôbốt để thu nhận các mẫu vật và thực hiện các nhiệm vụ bên ngoài. Hiện nay có nhiều phương pháp để điều khiển thiết bị lặn mỗi phương pháp đều có những ưu điểm riêng như:  Thiết bị lặn nhận lệnh điều khiển trực tiếp của người vận hành từ trung tâm điều khiển thông qua dây dẫn hoặc việc truyền dữ liệu bằng sóng siêu âm.  Thiết bị lặn hoạt động tự động thông qua chương trình điều khiển được lập sẵn.  Thiết bị lặn hoạt động thông qua việc vận hành trực tiếp của con người thiết bị lặn loại này sẽ có một đội ngũ thủy thủ và ngoài ra nó còn có thể có các nhà khoa học hoặc những người muốn tham quan môi trường nước.

Loại thiết bị lặn này ngoài các thiết bị được trang bị như thiết bị lặn hoạt động tự động nó còn có khoang điều áp, khoang này có nhiệm vụ đảm bảo áp suất và cung cấp dự sống cho những người hoạt động trong nó. Các thiết bị lặn ngày nay được thiết kế và chế tạo theo dạng các modul do đó việc lắp ráp và thay đổi chức năng, nhiệm vụ của thiết bị lặn sẽ được dễ dàng hơn.2 Ứng dụng của thiết bị lặn Trong những năm gần đây, việc ứng dụng các thiết bị lặn trở nên phổ biến hơn, chủng loại và mục đích sử dụng thiết bị lặn cũng trở nên đa dạng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Với mỗi một nhiệm vụ các nhà khoa học sẽ sử dụng các loại thiết bị lặn khác nhau nhằm mục đích tối ưu hoá chức năng và giá thành thiết bị lặn. Trên thế giới các thiết bị lặn được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như:  Nghiên cứu khoa học,  Giám sát và bảo dưỡng các công trình biển,  Điều tra khảo sát và khám phá đại dương,  Kiểm tra đánh giá môi trường nước,  Đặc biệt trong việc phân định và vẽ bản đồ đáy biển  Cứu hộ và đảm bảo an ninh quốc phòng.

 Xây dựng và bảo dưỡng các đường ống dưới biển như: ống dẫn dầu, ống dây dẫn quang,…  Sử dụng trong các giàn khoa dầu khí ngoài biển Hiên nay giá thành thiết bị lặn còn rất cao nên việc sử dụng phục vụ nghiên cứu khoa học tại Việt Nam còn hạn chế. Ở Việt Nam đã ứng dụng thiết bị lặn dưới dạng một khoang chìm dưới nước dùng trong thăm quan môi trường biển. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 2. TÍNH NĂNG VÀ CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ LOẠI THIẾT BỊ LẶN PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI 2.

Thiết bị lặn không có người vận hành [15] Một phát minh mới phục vụ việc nghiên cứu thế giới tự nhiên đó là các thiết bị lặn không có người vận hành UUV. Thiết bị lặn loại này bao gồm thiết bị lặn điều khiển từ xa AUV và thiết bị lặn vận hành tự động ROV điều khiển bằng dây dẫn nối với trung tâm điều khiển. Trong khoảng 25 năm trước đây, thiết bị lặn không có người vận hành UUV được phát triển từ những nguyên mẫu không được tin tưởng phục vụ cho nghiên cứu khoa học và là một công cụ phục vụ trong quân đội. Phạm vi ứng dụng của ROV từ những công việc đơn giản cho đến các công việc yêu cầu độ chính xác cao như khảo sát biển và các công việc hấp dẫn khác như bảo dưỡng các đường dây dẫn ngầm dưới biển và phụ vụ trong ngành dầu khí.

Năm 1995 người Nhật đã chế tạo ra một thiết bị lặn có thể lặn sâu đến 36,000 feet (10. Trước đấy đã có thiết bị lặn điều khiển từ xa AUV mang theo bom hydro cùng trang thiết bị lăn sâu 1600 feet (485m) dưới biển Atlantic.